Revestimiento especial mejora notablemente la actuación de las células solares

La energía que proviene de la luz solar que cae en sólo el 9% del Desierto Mojave de California podría suministrar las necesidades eléctricas de los Estados Unidos si la energía fuese cosechada eficientemente, de acuerdo a algunas estimaciones. Desafortunadamente, la actual generación de tecnologías de células solares es demasiado cara e ineficiente para las aplicaciones comerciales en una amplia escala.

De acuerdo a Eurekalert, los Nuevos servicios de la Asociación americana para el avance de la Ciencia, un equipo de los Investigadores de la Universidad Northwestern ha desarrollado una nueva estrategia de revestimiento de ánodo que acentúa significativamente la eficiencia de la conversión de la energía solar. Un informe acerca del trabajo, que se enfoca en la “ingeniería” de las interfaces del material orgánico de electrodos en grandes cantidades de células solares orgánicas de heterojunction, se publico esta semana online en las actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

Este progreso en la conversión de energía solar promete acercar a los investigadores y creadores del mundo a la meta de producir más barato, células más fabricables y de fácil implementación. Tales tecnologías reducirían de modo importante nuestra dependencia del combustible fósil para la producción de electricidad así como también reduce el producto de combustión: dióxido de carbono, un gas de invernadero del calentamiento global.

Tobin J. Marks, el profesor Investigador del Vladimir N. Ipatieff de Química del Instituto de Arte y Ciencia Weinberg y profesor de ciencias materiales e ingeniería, y Robert Chang, profesor ciencias materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencia aplicada McCormick, lidera el equipo de investigación. Otros miembros del equipo de Northwestern son el investigador Bruce Buchholz y estudiantes graduados Michael D. Irwin y Alexander W. Hains.

De las nuevas tecnologías de conversión solar en el horizonte, las células solares fabricadas de materiales orgánicos como el plástico son atractivas porque pueden ser impresas en forma barata y rápida por un proceso similar al de la impresión de los diarios.

A la fecha, el tipo de células fotovoltaicas de plástico mas exitoso es llamado “células bulk-heterojunction”. Esta célula utiliza una capa que consiste en una mezcla de polímetro semiconductor (un electrón donante) y un fullerene (un electron recipiente) apretado entre dos electrons – un electrodo conductor electrico (el anodo, que usualmente es oxido de indio cubierto de estaño) y un metal (el cátodo), como el aluminio.

Cuando entra la luz a través del electrodo conductor transparente y le pega a la capa de polímetro que absorbe la luz, la electricidad fluye debido a la formación de pares de electrons y agujeros que se separan y se dirigen al cátodo y al anodo, respectivamente. Estas cargas en movimiento tienen corriente eléctrica (foto corriente) generada por la célula y son recolectadas por dos electrodos, asumiendo que cada tipo de carga puede atravesar la interés entre la capa active de polímetro-fullereno y el correcto electrodo para llevar la carga – un reto importante.

Los investigadores de Northwestern emplearon una técnica de deposición láser que recubre el anodo con una fina (5 a 10 nanometros grueso) y suave capa de oxido de níkel. Este material es un excelente conductor para la extracción de agujeros de las células irradiadas pero, igualmente importantes, es un bloqueador importante que previene que los electrones más encauzados se extravíen del electrodo “incorrecto” (el anodo), que comprometerá la eficacia de la conversión de la célula energética.

En contraste con anteriores enfoques acerca del recubrimiento de ánodos, el recubrimiento del oxido de níkel de Northwestern es mas barato, eléctricamente homogéneo y no corrosivo. En el caso de las células del modelo bulk-heterojunction, el equipo de Northwestern ha incrementado el voltaje de la célula a aproximadamente un 40 por ciento y la eficacia de la conversión de energía aproximadamente de 3 a 4 por ciento a 5,2 a 5,6 por ciento.

Los investigadores están actualmente trabajando en la afinación de la técnica de recubrimiento del anodo para la extracción del agujero de extracción y la eficiencia del electron bloqueador y mover los experimentos de producción-escala de substratos flexibles.